KR101024662B1 - 이온 주입장치 - Google Patents

Abstract

소형으로 이온 빔의 안정된 평행성, 밀도분포의 높은 제어성을 실현한 단결정질 필름 제조용의 이온 주입장치를 제공한다.

이온원(12)으로부터 수소 이온 또는 희가스 이온을 인출하고, 제1 부채형 전자석(14)에 의해 원하는 이온(B)을 선정하여 이온(B)을 주사기(16)에 의해 주사하며, 제2 부채형 전자석(18)에 의해 이온(B)을 평행화하여 기판(20)에 주입함으로써, 단결정질 필름을 제조하는 단결정질 필름 제조용의 이온 주입장치에 있어서, 제1 부채형 전자석(14)의 입구측 초점(F1) 근방에 이온원(12)을 배치한 구성으로 하였다.

이 경우, 이온원(12)의 인출부의 개구를 원형으로 하고, 제1 부채형 전자석(14)에서의 편향면과 그것에 수직인 면에서의 입구측 초점을 일치시키도록 하면, 제1 부채형 전자석(14)을 통과 후의 이온 빔(B)의 스폿 형상은 원형으로 2면에서 완전히 평행하게 된다.

이온 주입, 수소, 희가스, 전자석, 주사기, 평행화, 초점

Description

이온 주입장치{Ion implanting apparatus}

본 발명은 단결정질 필름 제조용의 이온 주입장치에 관한 것으로, 특히, 소형으로서 이온 빔의 안정된 평행성, 밀도분포의 높은 제어성을 실현한 단결정질 필름 제조용의 이온 주입장치에 관한 것이다.

소정의 에너지의 수소 이온 또는 희가스 이온을 기판에 주입하여 기판의 소정 깊이에 미소 기포층을 발생시키고, 원하는 두께의 단결정질 필름을 제조하는 기술이 특허문헌 1에 기재되어 있다.

이 단결정질 필름을 제조하는 방법에서는, 대량의 수소 이온 또는 희가스 이온을 주입할 필요가 있기 때문에, 통상은 그 주입장치로서 대전류 이온 주입장치가 이용되고 있다.

이하, 이 대전류 이온 주입장치의 제1 내지 제4 종래예에 대해서 도 7 내지 도 12를 이용하여 설명한다.

제1 종래예:

통상의 대전류 이온 주입장치로서는, 10~20매 정도의 기판을 기계적으로 회전하는 디스크에 고정하여, 이것에 질량 분리한 이온 빔을 조사하는 배치식 대전류 이온 주입장치가 주류이다.

배치식 대전류 이온 주입장치의 예로서는 비특허문헌 1에 기재되어 있다.

이 종래의 배치식 대전류 이온 주입장치에 대해서 도 7을 이용하여 설명한다.

도 7은, 제1 종래예의 배치식 대전류 이온 주입장치의 개략구성을 나타내는 평면도이다.

이 종래예의 배치식 대전류 이온 주입장치(100)에서는, 이온원(102)으로부터 인출된 이온 빔(B)은, 질량분리를 위한 부채형 전자석(104)과, 이에 의한 이온원(102)의 결상위치에 설치된 질량분리 슬릿(106)에 의해 소정의 이온종류가 선별된다.

또, 이하, 「질량분리를 위한 부채형 전자석」을 「질량 분리기」라고 하는 경우가 있다.

선별된 이온 빔(B)은 기계적으로 회전하는 기판 홀더(108)에 놓인 복수의 기판(110)에 조사된다.

기판 홀더(108)의 회전축(109)을 지면 좌우방향으로 천천히 이동시킴으로써, 이온 빔(B)은 기판(110)에 균일하게 조사된다.

제2 종래예:

그러나, 제1 종래예의 배치식 대전류 이온 주입장치와 같은 구성에서는, 기판이 커짐에 따라 장치도 대형화하지 않을 수 없다는 문제가 있다.

반도체 기판이나 플랫 패널 디스플레이 기판이 대형화됨에 따라, 이온 주입장치가 대형화되어 버리는 문제를 극복하기 위해, 1매씩의 기판에 질량 분리한 이 온 빔을 조사하는 매엽식 대전류 이온 주입장치도 최근 이용되고 있으며, 앞으로 단결정질 필름을 제조하는 공정에 이용될 가능성도 있다.

공표되어 있는 매엽식 대전류 이온 주입장치의 종래예는 비특허문헌 2에 기재되어 있다.

이 제2 종래예의 매엽식 대전류 이온 주입장치에 대해서 도 8을 이용하여 설명한다.

도 8은, 제2 종래예의 매엽식 대전류 이온 주입장치의 개략구성을 나타내는 평면도이다.

제2 종래예의 매엽식 대전류 이온 주입장치(120)에서는, 배치식 대전류 이온 주입장치(100)와 같이, 이온원(122)으로부터 인출된 이온 빔(B)은, 질량분리를 위한 부채형 전자석(124)과, 이에 의한 이온원(122)의 결상위치에 설치된 질량분리 슬릿(126)에 의해 소정의 이온종류가 선별된다.

선별된 이온 빔(B)은, 그 전방에 설치된 평행화 전자석(128)에 의해 평행 빔(B)이 되고, 기판(110)에 일정 각도로 조사된다.

여기서, 전방이란 이온 빔(B)의 진행방향을 의미하는 것으로 한다.

또, 본 종래예에서는, 기판(110)은 기계적으로 지면 수직방향으로 구동된다.

또한, 이하, 「평행화 전자석」을 「평행화 장치」라고 하는 경우가 있다.

제3 종래예:

그러나, 제2 종래예의 매엽식 대전류 이온 주입장치의 구성에서는, 기판에 조사되는 이온 빔의 밀도분포를 제어할 수 없는 문제를 가지고 있다.

이 문제를 해결하는 매엽식 대전류 이온 주입장치의 종래예는 비특허문헌 3에 기재되어 있다.

이 제3 종래예의 매엽식 대전류 이온 주입장치에 대해서 도 9를 이용하여 설명한다.

도 9는, 제3 종래예의 매엽식 대전류 이온 주입장치의 개략구성을 나타내는 평면도이다.

제3 종래예의 매엽식 대전류 이온 주입장치(130)에서는, 이온원(132)의 전방에는 질량분리와 평행화를 겸한 부채형 전자석(134)이 설치되고, 그 전방에는 다극전자석으로 이루어진 밀도제어 전자석(136)이 설치되며, 그 전방에 기판(110)이 놓여 있다.

제3 종래예의 매엽식 대전류 이온 주입장치(130)에서는, 밀도제어 전자석(136)에 의해 이온 빔(B)의 밀도분포의 제어가 가능하게 된다.

이 밀도제어 전자석(136)의 기능에 의해, 기판(110)에 조사되는 이온 빔(B)의 밀도분포를 제어하는 원리에 대해서 도 10 및 도 11을 이용하여 보충 설명한다.

도 10은 이온 빔(B)의 밀도분포를 제어하는 원리를 설명하기 위한 평면도로서, 이온 빔의 밀도가 지면 상방에서 높은 경우이다.

도 11은 이온 빔(B)의 밀도분포를 제어하는 원리를 설명하기 위한 평면도로서, 밀도제어 전자석(136)에 의해 밀도분포가 균일하게 되도록 조정한 경우이다.

우선, 도 10과 같이, 이온 빔(B)의 밀도가 지면 상방의 밀도가 높다고 한다.

이 경우는, 도 11과 같이, 밀도제어 전자석(136)에 의해 보정 자기장(H)을 발생시키면, 기판(110) 상에 조사되는 이온 빔(B)의 밀도가 균일하게 되도록 제어하는 것이 가능하게 된다.

제4 종래예:

그런데, 상술한 제3 종래예의 매엽식 대전류 이온 주입장치는, 제2 종래예의 매엽식 대전류 이온 주입장치의 기판에 조사되는 이온 빔의 밀도분포를 제어할 수 없는 문제를 해결하였지만, 이 구성에서는 도 11에서 알 수 있는 바와 같이, 이온 빔(B)의 밀도를 보정하면, 필연적으로 이온 빔(B)의 평행성을 잃어버리는 문제를 가지고 있다.

이온 빔의 평행성을 손상하지 않고 기판 상에 조사되는 이온 빔의 밀도분포를 제어할 수 있도록 하는 데는, 제4 구성으로서 도 12와 같은 것이 용이하게 생각된다.

이 제4 구성의 대전류 이온 주입장치에 대해서 도 12를 이용하여 설명한다.

도 12는, 제4 종래예의 매엽식 대전류 이온 주입장치의 개략구성을 나타내는 평면도이다.

도 12에 나타내는 바와 같이, 제4 종래예의 매엽식 대전류 이온 주입장치(140)의 구성은, 이온원(142)부터 질량분리 슬릿(144)까지는 도 7 및 도 8의 구성과 동등하고, 143은 질량 분리기이다.

한편, 제4 종래예의 매엽식 대전류 이온 주입장치(140)에서는, 질량분리 슬릿(144)의 전방에 이온 빔(B)을 주사하기 위한 주사기(147)를 설치하고, 여기서 주사된 이온 빔(B)을 평행화 전자석(148)에 의해 평행하게 하여 기판(110)에 조사한 다.

이 구성에서는, 질량분리 슬릿(144)으로부터 출사되는 이온 빔(B)은 발산상태에 있으므로, 자기 사중극 렌즈 등의 수속 렌즈(145)를 설치할 필요가 있다.

이 경우, 주사기(147)에서의 주사 파형을 조정함으로써, 밀도분포의 정밀한 제어가 가능하다.

특허문헌 1: 일본특허공개 평05-211128호

비특허문헌 1: H. Sundstrom et al. Proceedings of 1998 Int. Conf. on Ion Implantation Technology, (1999)184-

비특허문헌 2: G. Angle et al. Proceedings of 1998 Int. Conf. on Ion Implantation Technology, (1999)188-

비특허문헌 3: S. Satoh et al. Proceedings of 1998 Int. Conf. on Ion Implantation Technology, (1999)138-

그런데, 제4 종래예의 매엽식 대전류 이온 주입장치에서는, 상기한 바와 같이 주사기에서의 주사 파형을 조정함으로써 밀도분포의 정밀한 제어가 가능한데, 동시에 이 구성에서는, 질량분리 슬릿으로부터 출사되는 이온 빔은 발산상태에 있으므로, 자기 사중극 렌즈 등의 수속 렌즈를 설치할 필요가 있다.

따라서, 제4 종래예의 매엽식 대전류 이온 주입장치의 종래의 구성에서는, 수속 렌즈의 설치공간을 확보해야 하며 장치가 길어져 버리는 문제가 있다.

한편, 제1 내지 제3 종래예의 대전류 이온 주입장치에서 설명한 바와 같이 각각이 고유의 문제를 가지고, 종래의 소형의 구성에서는 이온 빔의 평행성을 손상하지 않고 밀도분포를 제어할 수는 없다는 문제가 있었다.

본 발명은, 상기 종래의 과제를 해결하여, 소형으로서 이온 빔의 안정한 평행성, 밀도분포의 높은 제어성을 실현한 단결정질 필름 제조용의 이온 주입장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 이온 주입장치는, 청구항 1에 기재된 것으로는, 이온원으로부터 수소 이온 또는 희가스 이온을 인출하여 질량 분리기에 의해 원하는 이온을 선정하고, 상기 이온을 주사기에 의해 주사하며, 평행화 장치에 의해 상기 이온을 평행화하여 기판에 주입함으로써, 단결정질 필름을 제조하는 단결정질 필름 제조용의 이온 주입장치에 있어서, 상기 질량 분리기의 입구측 초점 근방에 상기 이온원을 배치한 구성으로 하였다.

청구항 2에 기재된 이온 주입장치는, 상기 질량 분리기로서 제1 부채형 전자석을 이용하고, 상기 평행화 장치로서 제2 부채형 전자석을 이용하도록 구성하였다.

청구항 3에 기재된 이온 주입장치는, 상기 이온원의 인출부의 개구를 원형으로 하고, 상기 질량 분리기에서의 편향면과 그것에 수직인 면에서의 입구측 초점을 일치시키도록 구성하였다.

본 발명의 이온 주입장치는 상술한 바와 같이 구성하였기 때문에, 이하와 같은 우수한 효과를 가진다.

(1)청구항 1에 기재한 바와 같이 구성하면, 이온 빔을 주사하는 구조이므로, 기판에 입사하는 이온 빔의 평행성을 손상하지 않고 이온 빔의 기판 상에서의 밀도분포를 제어할 수 있다.

(2)또한, 질량 분리기를 통과하는 것만으로 평행 빔을 얻을 수 있기 때문에, 사중극 렌즈 등의 조정용 렌즈가 불필요하므로 장치를 소형으로 할 수 있다.

(3)청구항 2에 기재한 바와 같이 구성하면, 각각 매우 적합한 질량 분리기, 평행화 장치를 구비한 이온 주입장치로 할 수 있다.

(4)청구항 3에 기재한 바와 같이 구성하면, 평행화 장치를 통과 후의 이온 빔의 스폿 형상은 원형으로, 편향면과 이 편향면에 직교하는 2면에서 완전히 평행하게 된다.

도 1은 본 발명의 이온 주입장치의 제1 실시예의 개략구성을 나타내는 평면도이다.

도 2는 본 발명의 이온 주입장치의 제1 실시예에 있어서 이온 빔이 충분한 질량 분해능을 얻을 수 있는 원리를 설명하는 평면도이다.

도 3은 일반의 부채형 전자석에 있어서 편향면의 입구측 초점에 이온원을 설치한 경우의 이온 빔의 궤도를 설명하기 위한 도면으로, 편향면에서의 설명도이다.

도 4는 일반의 부채형 전자석에 있어서 편향면의 입구측 초점에 이온원을 설치한 경우의 이온 빔의 궤도를 설명하기 위한 도면으로, 편향면에 직교하는 면에서의 설명도이다.

도 5는 본 발명의 이온 주입장치의 제2 실시예에 있어서 편향면과 이 편향면 에 직교하는 면의 2면에서 입구측 초점을 일치시킨 경우의 이온 빔의 궤도를 설명하기 위한 도면으로, 편향면에서의 설명도이다.

도 6은 본 발명의 이온 주입장치의 제2 실시예에 있어서 편향면과 이 편향면에 직교하는 면의 2면에서 입구측 초점을 일치시킨 경우의 이온 빔의 궤도를 설명하기 위한 도면으로, 편향면에 직교하는 면에서의 설명도이다.

도 7은 제1 종래예의 배치식 대전류 이온 주입장치의 개략구성을 나타내는 평면도이다.

도 8은 제2 종래예의 매엽식 대전류 이온 주입장치의 개략구성을 나타내는 평면도이다.

도 9는 제3 종래예의 매엽식 대전류 이온 주입장치의 개략구성을 나타내는 평면도이다.

도 10은 제3 종래예의 매엽식 대전류 이온 주입장치에 있어서 이온 빔의 밀도분포를 제어하는 원리를 설명하기 위한 평면도로서, 이온 빔의 밀도가 지면 상방에서 높은 경우이다.

도 11은 제3 종래예의 매엽식 대전류 이온 주입장치에 있어서 이온 빔의 밀도분포를 제어하는 원리를 설명하기 위한 평면도로서, 밀도제어 전자석에 의해 밀도분포가 균일하게 되도록 조정한 경우이다.

도 12는 제4 종래예의 매엽식 대전류 이온 주입장치의 개략구성을 나타내는 평면도이다.

<부호의 설명>

1O: 이온 주입장치

12: 이온원

14: 제1 부채형 전자석(질량 분리기)

16: 주사기

18: 제2 부채형 전자석(평행화 장치)

20: 기판

B: 이온 빔(이온)

F1: 제1 부채형 전자석의 입구측 초점

F2: 제2 부채형 전자석의 입구측 초점

D1: 제1 부채형 전자석의 편향면의 입구측 초점

D2: 제1 부채형 전자석의 편향면에 직교하는 면에서의 입구측 초점

본 발명의 단결정질 필름 제조용의 이온 주입장치(이하, 단지 「이온 주입장치」라고만 하는 경우가 있음)의 제1 내지 제2의 각 실시예에 대해서, 도 1 내지 도 6을 이용하여 차례대로 설명한다.

제1 실시예:

우선, 본 발명의 이온 주입장치의 제1 실시예에 대해서 도 1 및 도 2를 이용하여 설명한다.

도 1은, 본 발명의 이온 주입장치의 제1 실시예의 개략구성을 나타내는 평면도이다.

도 2는, 본 발명의 이온 주입장치의 제1 실시예에 있어서 이온 빔이 충분한 질량 분해능을 얻을 수 있는 원리를 설명하는 평면도이다.

우선, 본 실시예의 이온 주입장치(1O)의 기본구성 및 구성상의 특징에 대해서 도 1을 이용하여 설명한다.

도 1에 나타내는 바와 같이, 본 실시예의 이온 주입장치(10)의 기본구성은 이온원(12), 이온 빔(B)의 질량 분리기로서의 제1 부채형 전자석(14), 주사기(16), 이온 빔(B)의 평행화 장치로서의 제2 부채형 전자석(18)이다.

일반적으로, 도 1에 나타내는 제1, 제2 부채형 전자석(14, 18)과 같은 부채형 전자석은 이온 빔(B)을 수속(收束)시키는 수속 렌즈 작용을 가진다.

즉, 부채형 전자석을 통과할 때의 궤도의 상이에 의해, 이온 빔(B)의 중심 궤도에서 외측을 진행하는 이온은 부채형 전자석으로 크게 편향되고, 한편, 이온 빔(B)의 중심 궤도에서 내측을 진행하는 이온은 부채형 전자석으로 작게 편향되며, 그 결과, 함께 중심 궤도방향으로 수속되고, 광학 렌즈가 광을 수속하는 것과 같은 작용이 있다.

또한, 경사 자기장의 영향에 의해, 편향면에 수직인 면에서도 렌즈작용이 생긴다.

그래서, 도 1에 나타내는 바와 같이, 편향면에 관하여 제1 부채형 전자석(14)의 입구측 초점을 F1, 제2 부채형 전자석(16)의 입구측 초점을 F2로 한다.

이상의 구성에 있어서, 본 실시예의 이온 주입장치(10)의 특징은, 이온원(12)을 이온 빔(B)의 질량분리를 위한 제1 부채형 전자석(14)의 입구측 초점(F1) 근방에 배치하고, 제1 부채형 전자석(14)의 전방에 주사기(16)를 설치하며, 그 전방에 이온 빔(B)의 평행화를 위한 제2 부채형 전자석(16)을 설치하고, 그 전방에 기판(20)을 배치하고 있는 것이다.

또한, 제2 부채형 전자석(18)의 위치는, 그 입구측 초점(F2)이 주사기(16)에서의 편향중심에 일치하도록 배치한다.

이에 의해, 제2 부채형 전자석(18)을 통과한 이온 빔(B)은 주사기(16)에서의 주사각도에 의존하지 않고 일정한 각도가 된다.

또, 기판(20)은, 도시하지 않지만 기계적으로 지면에 수직방향으로 구동되는 것으로 한다.

다음에, 본 실시예의 이온 주입장치(1O)에 의해 종래 장치의 과제가 해결되어, 소형으로 이온 빔의 안정한 평행성, 밀도분포의 높은 제어성을 실현할 수 있음을 설명한다.

예를 들어, 도 7과 같은 통상의 구성의 이온 주입장치(100)에서는, 높은 질량 분해능을 얻기 위해서, 이온원(102)의 위치는 질량분리를 위한 제1 부채형 전자석(104)의 입구측 초점보다도 먼 곳에 배치되고, 제1 부채형 전자석(104)의 전방에 이온원(102)의 실상이 결상되어 있다.

그러나, 본 실시예의 이온 주입장치(10)에서는 이와 달리 이온원(12)을 제1 부채형 전자석(14)의 입구측 초점(F1) 근방에 배치함으로써, 제1 부채형 전자석(14)을 나온 이온 빔(B)은 거의 평행하게 된다.

일반적으로, 주사기(16)에 입사하는 이온 빔(B)은 평행하거나 거의 수속 기 미인 것이 바람직하다.

이 때문에, 도 12와 같은 통상의 구성의 이온 주입장치(140)에서는, 일단, 질량분리 슬릿(144)에 결상된 이온 빔(B)을 다시 수속시키기 위한 사중극 렌즈 등의 볼록렌즈 작용을 가진 광학소자(145)가 필요하다.

이에 대해, 본 실시예의 이온 주입장치(10)에서는, 제1 부채형 전자석(14)을 출사하는 이온 빔(B)은 거의 평행하게 되어 있으므로, 주사기(16)에서 상류측으로 볼록렌즈 작용을 가진 광학소자를 설치할 필요가 없는 이점을 가지고 있다.

따라서, 이 광학소자의 설치공간분과, 이온원(12)과 제1 부채형 전자석(14)의 입구측 초점(F1)의 거리분의 소형화가 가능하게 된다.

한편, 본 실시예의 이온 주입장치(10)와 같은, 이온 빔(B)을 결상시키지 않는 광학계에서는, 통상의 이온 주입장치에서 요구되는 것과 같은 이온의 질량비: M/δM=50 이상의 높은 질량 분해능은 얻을 수 없다라는 문제를 가지고 있다.

그래서, 이하, 본 실시예의 이온 주입장치(10)에서는, 기판(20)에 주입하는 이온종류를 좁힘으로써 이온 빔(B)이 충분한 질량 분해능을 얻을 수 있음을 도 2를 이용하여 설명한다.

상술한 바와 같이, 단결정질 필름 제조에 이용되는 이온은 수소 이온이나 희가스 이온이다.

수소 이온의 경우는, 이원자 분자 이온(H2+)을 단원자 이온(H+)과 삼원자 분자 이온(H3+)으로부터 분리할 수 있으면 되고, 희가스, 예를 들어 헬륨(He)의 경우, 2가 이온(He2+)과 이분자 엑시머 이온(He2+)을 분리할 수 있으면 되므로, 본 실시예의 이온 주입장치(10)와 같이 이온원(12)을 결상시키지 않아도 충분한 질량분리가 가능하다.

이 이유를 도 2를 이용하여 설명한다.

구체예로서, 제1 부채형 전자석(14)의 편향각(Φ)을 90°, 경사 입사각(α)을 45°, 경사 출사각(β)을 20°라고 하면, 거의 편향면에서의 입구측 초점(D1)과 편향면에 수직인 면 내에서의 입구측 초점(D2)을 일치시킬 수 있다.

또, 편향면에서의 입구측 초점(D1)과 편향면에 수직인 면 내에서의 입구측 초점(D2)을 일치시키는 방법에 대해서는, 후술하는 제2 실시예에서 설명한다.

도 2에서, 제1 부채형 전자석(14)에서의 선회 반경(R)을 350mm라고 하면, 입구측 초점(D1)까지의 거리(L1)는 약 200mm가 된다.

통과시키는 이온을 H2+라고 하면, 선회 반경(R)의 차이가 가장 작은 H3+에서도 제1 부채형 전자석(14)으로부터의 거리(L2)가 300mm의 위치에서 축으로부터의 어긋남(δX)은 140mm가 된다.

통상의 빔 폭(W)은 겨우 60mm정도이므로, 이 구성으로 충분히 이온 빔(B)의 질량분리를 할 수 있다.

따라서, 도 12와 같은 종래의 이온 주입장치(140)의 구성에서는, 이온원(142)부터 기판(110)까지의 이온 빔(B)이 통과하는 거리가 5~6m정도에 이른다.

한편, 본 실시예의 이온 주입장치(10)의 구성에서는, 단결정질 필름 제조에 충분한 이온 빔(B)의 질량 분해능을 유지하면서, 이온원(12)부터 기판(20)까지의 이온 빔(B)이 통과하는 거리를 3m정도로 약 절반으로 짧게 할 수 있다.

제2 실시예:

다음에, 본 발명의 이온 주입장치의 제2 실시예에 대해서 도 3 내지 도 6을 이용하여 설명한다.

도 3 및 도 4는, 일반의 부채형 전자석에 있어서 편향면의 입구측 초점에 이온원을 설치한 경우의 이온 빔(B)의 궤도를 설명하기 위한 도면으로, 도 3은 편향면에서의 설명도, 도 4는 편향면에 직교하는 면에서의 설명도이다.

도 5 및 도 6은, 본 발명의 이온 주입장치의 제2 실시예에 있어서 편향면과 이 편향면에 직교하는 면의 2면에서 입구측 초점을 일치시킨 경우의 이온 빔(B)의 궤도를 설명하기 위한 도면으로, 도 5는 편향면에서의 설명도, 도 6은 편향면에 직교하는 면에서의 설명도이다.

우선, 본 실시예의 이온 주입장치(20)의 기본구성 및 구성상의 특징은, 그 구성은 제1 실시예의 이온 주입장치(10)의 기본구성과 같지만, 편향면과 이 편향면에 직교하는 면의 2면에서 입구측 초점을 일치시키도록 함과 동시에 이온원(22)의 인출부(22a)의 개구를 원형으로 한 것이다.

일반적으로, 부채형 전자석(34)에서는, 도 3 및 도 4에 나타낸 바와 같이, 편향면과 그것에 직교하는 면에서의 입구측 초점(D1, D2)의 위치는 다르다.

이 때문에, 편향면의 입구측 초점(D1)에 이온원(32)을 배치해도 부채형 전자석(34)을 통과 후의 이온 빔(B)은 도 4와 같이 편향면과 수직인 면에서는 평행 빔이 되지 않는다.

이 때문에, 편향면과 이 편향면에 직교하는 면의 2개의 면에서 평행한 빔을 얻기 위해서는, 일반적으로 사중극 렌즈 등의 조정용 렌즈가 필요하다.

그러나, 후술하는 바와 같이, 2개의 면에서의 입구측 초점(D1, D2)을 일치시킴으로써, 부채형 전자석(24)을 통과 후의 이온 빔(B)은 도 5 및 도 6에 나타내는 바와 같이 양방향 모두 완전히 평행하게 된다.

또한, 이온원(22)의 인출부(22a)의 개구를 원형으로 하면, 이온원(22)으로부터 인출되는 이온 빔(B)의 2개의 면에서의 발산각은 같게 되므로, 부채형 전자석(24)을 통과 후의 이온 빔(B)의 스폿 형상은 원형으로 완전히 평행하게 된다.

다음에, 2개의 면에서의 입구측 초점(D1, D2)을 일치시키는 방법에 대해서 간단히 언급한다.

편향면과 이 편향면에 직교하는 면의 2개의 면에서의 입구측 초점(D1, D2)의 위치는 선회 반경(R), 편향각(Φ), 경사 입사각(α), 경사 출사각(β)의 4개에 의해 결정된다.

2개의 면에서의 입구측 초점이 일치하는 조건을 편향각(Φ)이 90°인 경우에 대해서 몇 개의 조합을 표 1에 나타내었다.

이 표 1에 따라 경사 입사각(α), 경사 출사각(β)을 조정함으로써, 2개의 면에서의 입구측 초점(D1, D2)을 일치시키는 것이 가능하게 된다.

또, 이 조건은 선회 반경(R)에는 의존하지 않는다.

경사 입사각(α)	경사 출사각(β)
0.0°	25.9°
5.0	25.5
10.0	25.1
15.0	24.6
20.0	24.1
25.0	23.5
30.0	22.8
35.0	21.9
45.0	19.6
50.0	18.1

본 발명은 이온 빔의 안정된 평행성과 높은 밀도분포 제어성을 요하는 매엽식 대전류 이온 주입장치에 널리 사용될 수 있다.

Claims (3)

1. 이온원으로부터 수소 이온 또는 희가스 이온을 인출하고, 질량 분리기에 의해 원하는 이온을 선정하여 상기 이온을 주사기에 의해 주사하며, 평행화 장치에 의해 상기 이온을 평행화하여 기판에 주입함으로써, 단결정질 필름을 제조하는 단결정질 필름 제조용의 이온 주입장치에 있어서,

   상기 질량 분리기의 입구측 초점에 상기 이온원을 배치한 것을 특징으로 하는 이온 주입장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 질량 분리기로서 제1 부채형 전자석을 이용하고, 상기 평행화 장치로서 제2 부채형 전자석을 이용하도록 한 것을 특징으로 하는 이온 주입장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 이온원의 인출부의 개구를 원형으로 하고, 상기 질량 분리기에서의 편향면과 그것에 수직인 면에서의 입구측 초점을 일치시키도록 한 것을 특징으로 하는 이온 주입장치.

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